Различают нетермическую и термическую плазму. В нетермической плазме температура свободных электронов гораздо выше средней температуры газа. Термическая плазма характеризуется равенством температур всех частиц газа. Получение термической плазмы с температурой до 50000 К возможно в электрической дуге, нетермической— в высокочастотных и сверхвысокочастотных разрядах. Для термической плазмы применимы законы идеального газа, так как ввидУ 294 высокой температуры плотность частиц в плазме очень мала даже при высоких давлениях.
Температура в столбе электрической дуги колеблется от 4000 до 50000 К в зависимости от условий процесса. Обычно в открытой дуге температура составляет около 4000 К и может колебаться за счет повышения напряжения (скорости движения электронов) и силы тока (числа электронов). Значительного увеличения температуры в столбе дуги можно достичь путем увеличения частоты столкновений частиц в плазме. Для этого можно использовать тепловые и магнито- гидродинамические эффекты. Сущность теплового эффекта сжатия электрической дуги состоит в ограничении объема плазмы электрической дуги путем охлаждения наружных слоев плазмы. Охлаждение внешней области плазмы снижает ионизацию в этой области, и ток электрического разряда стремится сконцентрироваться в более горячей центральной части электрической дуги. Это приводит к увеличению плотности тока, а следовательно, к увеличению температуры.
При дальнейшем увеличении плотности тока в дуге первостепенное значение приобретает эффект магнитного сжатия столба разряда. При магнитном сжатии плазмы шнур дуги отделяется от стенок электродугового устройства, приводя к увеличению плотности тока в центре разряда. Нагрев частиц твердого материала при температуре плазмы до IO4K определяется, главным образом, теплопроводностью и конвекцией. Зная основные свойства плазмы и принципы ее получения, а также основные закономерности электрических дуг, можно обоснованно конструировать плазматроны с заданными электротехническими и теплотехническими параметрами.
По методу получения низкотемпературной плазмы плазменные генераторы можно разделить на две группы: генераторы с электродами (электродуговые плазматроны) и безэлектродные (высокочастотные и сверхвысокочастотные). Максимальное распространение получили электродуговые плазматроны, работающие на постоянном и переменном токе. Существует Два типа дуговых плазматронов: с дугой прямого и косвенного действия (рис. 64). Известно несколько десятков схем дуговых плазматронов, условная классификация которых представлена на рис. 65.
В плазматронах с дугой косвенного действия тепловая
295
Газ
T-;
7
T+)
1 Газ 2 3 U
T
1
Рнс. 64. Принципиальные схемы дуговых плазматронов: